GF Machining Solutions rewolucjonizuje proces oddzielania wydrukowanego przedmiotu od płyty budującej

Obecnie coraz bardziej powszechnym trendem jest zastępowanie tradycyjnych metod ubytkowych (obróbki skrawaniem, cięcia elektroerozyjnego) przez technologię druku 3D w metalu. Tymczasem od samego wprowadzenia na rynek niezwykłego procesu druku 3D towarzyszy mu złożony problem oddzielania wydrukowanych części od płyty budującej. Aż do tej chwili...

Bardzo skomplikowane części powstające z użyciem techniki druku 3D, pokazane na rys. 1, są bezużyteczne, dopóki nie można ich oddzielić od płyty roboczej.

 

Rys. 1

 

Proces separacji płyty budującej wcale nie jest tak prosty, jak mogłoby się wydawać. Aby w pełni docenić niuanse oddzielania wydrukowanych części od płyty budującej, trzeba się przyjrzeć krótkiej historii rozwoju metod separacji.

 

Na początku była piła taśmowa…

Wszystko wydawało się łatwe. Należało przymocować płytę roboczą do kątownika i odciąć części za pomocą pionowej piły taśmowej. Niestety szybko się okazało, że ta metoda ma wiele ograniczeń i wad:

● Szczelina cięcia – Ze względu na szerokość piły tnącej trzeba było wykonać sporo dodatkowych warstw w trakcie drukowania 3D, co w przypadku dużych płyt roboczych z wieloma częściami znacznie wydłużało czas budowy modelu.

● Dokładność ciętej powierzchni – Jakość i dokładność ciętej powierzchni pozostawiała wiele do życzenia. Potrzebna więc była kosztowna obróbka wykończeniowa, aby uzyskać zadowalającą jakość powierzchni oddzielonej części, co również wymuszało wydrukowanie dodatkowych warstw.

● Delikatne uszkodzenia przekroju – Siły cięcia oddziałujące na części są duże i mogą powodować uszkodzenia czy odkształcenia. Ma to ogromne znaczenie w przypadku cienkościennych części, takich jak na rys. 2.

 

Rys. 2

 

● Części wykonane ze stopów trudnoobrabialnych – Części drukowane z Inconelu i tytanu stanowią poważne wyzwanie w przypadku wydajnego cięcia.

Tak więc wyzwania związane z odcinaniem części drukowanych w 3D doprowadziły do zmian w procesie usuwania płyty budującej.

 

…A następnie – proces elektroerozyjnej obróbki drutowej

Gdy w procesie separacji detalu zastosowano obróbkę drutową EDM, rozwiązała ona problemy związane ze szczeliną cięcia, jakością powierzchni czy uszkodzonymi przekrojami. Jednak wkrótce pojawiły się inne problematyczne kwestie:

● Szybkość cięcia – Elektrodrążarka drutowa jest wolniejsza od piły taśmowej ze względu na niższe prędkości obróbki. Jednym z powodów tego stanu jest to, że płukanie wysokociśnieniowe – stosowane zwykle przy drutowej obróbce EDM – jest niewystarczające, zarówno z powodu nierównego przekroju wielu części drukowanych w 3D, jak i dlatego, że równocześnie odseparowywane są oddzielne rzędy części (rys. 3).

 

Rys. 3

 

● Uszkodzenia spowodowane przez rozdzielanie części – Płyta budująca musi być tak zamontowana, aby jej powierzchnia była równoległa do pionowego drutu. Odcinane części są zorientowane poziomo. Kiedy zostaną uwolnione przez odcięcie, przechylają się i spadają, co często skutkuje ich uszkodzeniem (rys. 4).

 

Rys. 4

 

Oprócz możliwych uszkodzeń spowodowanych spadaniem części tuż przed ich całkowitym odcięciem moment zginający ciężaru części może spowodować odkształcenie powierzchni w miejscu ich ostatecznego odcięcia. To przypomina cięcie pręta piłą do metalu – wystarczy sobie przypomnieć, co się dzieje z prętem tuż przed jego ostatecznym przecięciem.

● Koszt obrabiarki – Ponieważ droga przesuwu w osi Z elektrodrążarki drutowej musi być dostosowana do płyty roboczej wykorzystywanej w druku 3D, często konieczne jest użycie dużej obrabiarki. Nowoczesne elektrodrążarki drutowe mają wiele osi i funkcji, które nie są konieczne do odseparowywania części drukowanych w 3D od płyt budujących. Firmy wykorzystujące elektrodrążarki drutowe do tego celu dokonują więc kosztownych inwestycji w możliwości i funkcje obrabiarek, które nigdy nie zostaną przez nie w pełni wykorzystywane.

 

Ale teraz mamy: AgieCharmilles CUT AM 500!

Jako światowy lider w dziedzinie elektroerozji i ze świadomością wszystkich wad dostępnych metod odseparowywania części drukowanych w 3D, firma GF Machining Solutions postanowiła zaprojektować całkiem nowy proces i maszynę, wyłącznie do separacji części drukowanych w 3D. Rewolucyjna, opatentowana obrabiarka AgieCharmilles CUT AM 500 ma ogromne zalety:

● duży obszar roboczy: 500 mm × 500 mm × 500 mm,

● małą szczelinę cięcia – zastosowano drut molibdenowy o średnicy ⌀0,20 mm,

● wyeliminowanie negatywnego wpływu siły cięcia – wykorzystano zastrzeżony proces cięcia EDM/ECM,

● ponowne wykorzystanie drutu przy prędkościach drutu wynoszących 20 m/s,

● wyeliminowanie zanieczyszczenia powierzchni cięcia,

● dużą prędkość cięcia,

● brak uszkodzeń części – zaastosowanie drutu poziomego i odwróconej pozycji cięcia,

● uproszczoną obsługę – dzięki sterowaniu HMI w systemie Windows 10,

● niskie koszty eksploatacji: wykorzystanie recyrkulacyjnego drutu molibdenowego,

● pełną identyfikowalność części – zamontowanie kosza zbiorczego,

● możliwość zautomatyzowania – użycie odbiornika paletyzacji,

● wydłużony czas pracy – 600-godzinny cykl konserwacji.

Przeanalizujmy szczegółowo wymienione zalety.

 

Duży obszar roboczy

Przestrzeń robocza o wymiarach 500 mm × 500 mm × 500 mm z łatwością pomieści nie tylko duże płyty budujące, ale także wysokie części.

 

Mała szczelina cięcia

Stosując drut o średnicy ⌀0,20 mm w połączeniu z możliwością precyzyjnego wykrywania krawędzi płyty budującej, użytkownicy CUT AM 500 są w stanie zminimalizować ilość dodatkowego materiału wykorzystywanego w warstwach konstrukcyjnych części 3D. W ten sposób znacznie się skraca czas drukowania.

 

Eliminacja sił tnących

Ponieważ nie ma fizycznego kontaktu między drutem a przedmiotem obrabianym, nie ma możliwości uszkodzenia części w wyniku cięcia. Natomiast powierzchnia oddzielenia jest zarówno gładka, jak i dokładnie zorientowana względem osi zbudowanej części.

 

Brak zanieczyszczenia powierzchni cięcia

W niektórych zastosowaniach medycznych i lotniczych niedopuszczalne jest zanieczyszczenie powierzchni cięcia miedzią lub cynkiem, co jest powszechne zarówno w przypadku zwykłego mosiądzu, jak i powlekanych drutów EDM. Zastosowanie drutu molibdenowego w CUT AM 500 całkowicie eliminuje ten problem.

 

Wysoka prędkość cięcia

CUT AM 500 charakteryzuje się znacznie większą szybkością cięcia niż konwencjonalne elektrodrążarki drutowe, a w niektórych przypadkach wręcz zbliżoną do prędkości cięcia uzyskiwanych za pomocą piły taśmowej. Takie wyniki są możliwe dzięki połączeniu wielu zaawansowanych technologii:

● Duża prędkość drutu – przy prędkości przesuwu drutu wynoszącej 20 m/s drut w rzeczywistości wciąga dielektryk do szczeliny cięcia, nawet w przypadku jednoczesnego odseparowywania wielu części (rys. 5). Przy takich prędkościach szpula o długości 5000 m nie wystarczyłaby na długo. Jednak CUT AM 500 umożliwia ponowne wykorzystanie drutu – nawija go na drugą szpulę, a następnie zmienia kierunek drutu, aby nawlec go z powrotem na oryginalną szpulę. To ponowne wykorzystanie drutu między dwiema szpulami w obie strony pozwala na bardzo poważne zmniejszenie kosztów materiałów eksploatacyjnych.

 

Rys. 5

 

● Opatentowany dielektryk na bazie wody – dielektryk na bazie wody dejonizowanej jest wzmocniony zastrzeżonymi dodatkami, które zwiększają nie tylko efekt jego „wciągania”, ale również prędkość cięcia.

● Opatentowana technologia generatora – generator IPG wykorzystuje połączone działanie obróbki EDM/ECM (elektroerozyjnej/elektrochemicznej), co skutkuje zwiększonymi prędkościami cięcia. W tym generatorze zastosowano technologię impulsu bipolarnego, która praktycznie eliminuje zmiany chemiczne tytanu i innych wrażliwych materiałów.

 

Brak uszkodzeń części

Połączenie poziomego drutu, technologii separacji części odwróconych i kosza podtrzymującego zapewnia czyste odcinanie i zapobiega uszkadzaniu części (rys. 6).

 

Rys. 6

 

Uproszczona obsługa

Intuicyjne wprowadzanie danych do przyjaznego dla użytkownika panelu sterowania HMI (rys. 7) sprawia, że programowanie zadań odseparowania detali jest bardzo proste.

 

Rys. 7

 

Niskie koszty eksploatacji

CUT AM 500 używa recyrkulacyjnie łatwo dostępnego drutu molibdenowego o długości 5000 m, a także standardowych filtrów dielektrycznych do EDM.

 

Pełna identyfikowalność części

CUT AM 500 zawiera łatwo modyfikowalny kosz do zbierania części. Kosz ten można podzielić na sekcje, aby zachować odcięte części w ich pierwotnej pozycji konstrukcyjnej, co uprości przetwarzanie i serializację.

 

Możliwość automatyzacji

Maszynę CUT AM 500 można wyposażyć w system paletyzacji (rys. 8), aby ją przystosować do automatycznego załadunku i rozładunku.

 

Rys. 8

 

Wydłużony czas pracy

Maszyna CUT AM 500 została zaprojektowana do pracy w 600-godzinnym cyklu konserwacji. Co 600 godzin należy wykonać następujące zadania:

● wymianę drutu,

● wymianę dielektryka,

● wymianę filtra dielektryka,

● wymianę kontaktów mocy.

Ten logiczny 600-godzinny cykl konserwacji zapewnia nieprzerwaną produkcję przez długi czas.

 

CUT AM 500 w akcji

Teraz – po zaprezentowaniu podstawowych informacji o nowej, rewolucyjnej maszynie – nadszedł czas, aby zobaczyć ją w akcji!

Proces rozpoczyna się od załadowania zespołu płyty budującej/części do magazynu pokazanego na rys. 9.

 

Rys. 9

 

Drzwi maszyny są otwarte, a odbiornik maszyny – w tym przypadku obejmujący uchwyt palety – znajduje się w pozycji załadunkowej, jak pokazano na rys. 10.

 

Rys. 10

 

UWAGA! Płytę budującą można zamontować bezpośrednio na stole maszyny również bez uchwytu. Dodatkowo maszyna została zaprojektowana z otwartym dachem, dzięki czemu możliwe jest zastosowanie suwnicy, która pozwala na załadunek ciężkich detali na ciężkich płytach roboczych.

Płyta budująca jest ładowana na odbiornik, jak pokazano na rys. 11.

 

Rys. 11

 

Następnie kosz na części jest instalowany i mocowany do odbiornika, co widać na rys. 12.

 

Rys. 12

 

Po przymocowaniu płyty budującej do odbiornika oś B maszyny CUT AM 500 rozpoczyna obrót w celu odwrócenia części, jak pokazano na rys. 13. (Uwaga: kosz został wyjęty, aby lepiej było widać proces).

 

Rys. 13

 

Obrót osi B o 180° zostaje zakończony, co widać na rys. 14. (Uwaga: kosz został wyjęty, aby lepiej było widać proces).

 

Rys. 14

 

Drzwi zbiornika są zamknięte, a zbiornik jest wypełniony dielektrykiem. Oś Z przesuwa poziomo drut do punktu tuż pod powierzchnią płyty budującej. Następnie uruchamia się podajnik drutu i rozpoczyna się cięcie, kontrolowane przez serwomotor osi Y. Warunki cięcia przedstawiono na rys. 15. (Należy pamiętać, że kosz został zaprojektowany tak, aby nie kolidował z drutem podczas procedury odseparowania).

 

Rys. 15

 

Gdy części zostają odcięte; w bezpieczny sposób spadają do kosza (rys. 16).

 

Rys. 16

 

Po zakończeniu procesu cięcia zbiornik jest opróżniany, drzwi otwierają się i kosz jest wyjmowany.

Oś Y przywraca drut do jego pozycji wyjściowej, a następnie oś B rozpoczyna powrót do swojej pozycji startowej (rys. 17), gotowa do rozładowania płyty budującej i zastąpienia jej w kolejnej operacji odseparowania.

 

Rys. 17

 

Nie trzeba daleko szukać, bo przyszłość odseparowywania części 3D od płyty budującej już nadeszła!

GF Machining Solutions zatrudnia 2800 osób na całym świecie i ma fabryki w Genewie, Losone i Zandone (w Szwajcarii), a także w Pekinie (w Chinach). Wszystkie podzespoły elektroniczne do EDM są produkowane w fabryce w Zandone.

GF Machining Solutions kontynuuje tradycję innowacyjnych rozwiązań i dbałości o wysoką jakość, oferując pełną linię maszyn do drutowej i wgłębnej obróbki EDM, obróbki skrawaniem oraz teksturowania laserowego.

 

GF Machining Solutions
www.gfms.com/pl